DE102018219099A1 - System and method for printing a prefabricated component with an additively producible object - Google Patents

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Marcel MATHISSEN
Thomas Baranowski
Maik Broda
Maximilian Engelke
Lars Bognar
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein 3D-Druck-System (12) zum Bedrucken einer Bauoberfläche (11) eines Fertigbauteils (1) mit wenigstens einem additiv fertigbaren Objekt (8, 9), aufweisend wenigstens einen 3D-Drucker (13) und wenigstens einen 3D-Scanner (14). Um das Bedrucken des Fertigbauteils (1) mit einem additiv fertigbaren Objekt (8, 9) zu vereinfachen, weist das 3D-Druck-System (12) wenigstens ein an der Bauoberfläche (11) anordbares Markierungselement (6, 7, 15), das wenigstens eine mittels des 3D-Scanners (14) oder einer anderweitigen Sensoreinheit des 3D-Druck-Systems (12) erfassbare Identifikationseigenschaft aufweist, wenigstens eine Datenbank (16), in der ein 3D-Druck-Datenpaket zu dem Objekt (8, 9) der Identifikationseigenschaft zugeordnet hinterlegt ist, und wenigstens eine mit dem 3D-Drucker (13), dem 3D-Scanner (14) einerseits oder der Sensoreinheit andererseits und der Datenbank (16) verbundene Elektronikeinheit (17) auf, die eingerichtet ist, aus der Datenbank (16) das der erfassten Identifikationseigenschaft zugeordnete 3D-Druck-Datenpaket auszuwählen und das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket bei einer Erzeugung eines zur additiven Fertigung des Objekts (8, 9) an dem Fertigbauteil (1) geeigneten Werkzeugpfads eines Druckerwerkzeugs (18) des 3D-Druckers (13) zu berücksichtigen.The invention relates to a 3D printing system (12) for printing a construction surface (11) of a prefabricated component (1) with at least one additively producible object (8, 9), comprising at least one 3D printer (13) and at least one 3D Scanner (14). In order to simplify the printing of the finished component (1) with an additively producible object (8, 9), the 3D printing system (12) has at least one marking element (6, 7, 15) that can be arranged on the construction surface (11) has at least one identification property which can be detected by means of the 3D scanner (14) or another sensor unit of the 3D printing system (12), at least one database (16) in which a 3D printing data packet relating to the object (8, 9) assigned to the identification property, and at least one electronic unit (17) connected to the 3D printer (13), the 3D scanner (14) on the one hand or the sensor unit and the database (16), which is set up, from the database (16) to select the 3D printing data packet associated with the detected identification property and the selected 3D printing data packet when generating a tool path of a print suitable for additive manufacturing of the object (8, 9) on the finished component (1) tool (18) of the 3D printer (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein 3D-Druck-System zum Bedrucken einer Bauoberfläche eines Fertigbauteils mit wenigstens einem additiv fertigbaren Objekt, aufweisend wenigstens einen 3D-Drucker und wenigstens einen 3D-Scanner. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken einer Bauoberfläche eines Fertigbauteils mit wenigstens einem additiv fertigbaren Objekt.The invention relates to a 3D printing system for printing a construction surface of a prefabricated component with at least one additively producible object, comprising at least one 3D printer and at least one 3D scanner. Furthermore, the invention relates to a method for printing a construction surface of a prefabricated component with at least one additively producible object.

Es ist bekannt, ein Fertigbauteil unter Verwendung einer 3D-Druck-Technik mit einem additiv fertigbaren Objekt zu bedrucken, wie es beispielsweise in der unter dem Link http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896316322765?viewFull Text=true abrufbaren Veröffentlichung beschrieben ist.It is known to print a prefabricated component using a 3D printing technique with an additively producible object, as described, for example, in the link http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896316322765?viewFull text = true available publication is described.

Derartige Techniken verwenden 3D-Scanverfahren, um eine Datenpunktwolke zu einem gescannten Objekt zu erzeugen. Danach wird die Datenpunktwolke nachbearbeitet, um ein Datennetz zu erhalten, das dann in einem Software-Programm zur Überlagerung von Objekten und zur Erzeugung eines zur additiven Fertigung des jeweiligen Objekts an dem Fertigbauteil geeigneten Werkzeugpfads eines Druckerwerkzeugs eines 3D-Druckers verwendet wird. Dabei kann zunächst ein unbekanntes Bauteil in einen 3D-Drucker eingebracht und dort fixiert werden. Anschließend kann das in dem 3D-Drucker befindliche unbekannte Bauteil mittels eines 3D-Scanners gescannt werden. Danach kann eine Datenpunktwolke aus Scandaten des Scanvorgangs erzeugt werden. Dann kann die Datenpunktwolke mit Daten zu dem an dem Bauteil additiv zu fertigenden Objekt überlagert werden. Aus dieser Datenüberlagerung kann ein zur additiven Fertigung des Objekts an dem Bauteil geeigneter Werkzeugpfad eines Druckerwerkzeugs des 3D-Druckers erzeugt werden. Abschließend kann die additive Fertigung des Objekts an dem vorab unbekannten Bauteil durchgeführt werden.Such techniques use 3D scanning techniques to generate a data point cloud on a scanned object. The data point cloud is then reworked in order to obtain a data network which is then used in a software program for superimposing objects and for generating a tool path of a printer tool of a 3D printer that is suitable for additive manufacturing of the respective object on the finished component. An unknown component can first be inserted into a 3D printer and fixed there. The unknown component in the 3D printer can then be scanned using a 3D scanner. A data point cloud can then be generated from scan data from the scanning process. Then the data point cloud can be overlaid with data on the object to be manufactured additively on the component. From this data overlay, a tool path of a printer tool of the 3D printer suitable for additive manufacturing of the object on the component can be generated. Finally, the additive manufacturing of the object can be carried out on the previously unknown component.

Ein Nachteil der vorbeschriebenen Verfahren ist, dass zur Durchführung der Überlagerung der Datenpunktwolke zu dem Fertigbauteil mit Daten zu dem an dem Fertigbauteil additiv zu fertigenden Objekt bei Nutzern intensive CAD-Kenntnisse vorhanden sein müssen, was weder nutzerfreundlich ist noch eine intuitive Bedienung eines 3D-Druck-Systems ermöglicht.A disadvantage of the above-described methods is that in order to carry out the superimposition of the data point cloud on the finished component with data on the object to be produced additively on the finished component, users need to have extensive CAD knowledge, which is neither user-friendly nor intuitive operation of 3D printing System enables.

Die US 9 776 364 B2 offenbart ein Verfahren zum Anweisen eines 3D-Druck-Systems, das einen 3D-Drucker mit einem Druckkoordinatensystem zum Drucken von wenigstens einem ersten Objekt auf ein bestehendes zweites Objekt enthält. Das Verfahren weist ein Bereitstellen oder Empfangen von wenigstens einem Bild, das wenigstens einen Teil des vorhandenen zweiten Objekts darstellt, ein Bestimmen oder Empfangen einer Ausrichtung zwischen wenigstens einem Teil des wenigstens einen ersten Objekts und wenigstens einem Teil des bestehenden zweiten Objekts und ein Bestimmen einer Stellung des bestehenden zweiten Objekts relativ zu dem Druckkoordinatensystem gemäß dem wenigstens einen Bild. Die Stellung und die Ausrichtung für den 3D-Drucker werden dem 3D-Druck-System bereitgestellt, um zumindest einen Teil des wenigstens einen ersten Objekts entsprechend der Stellung und der Ausrichtung auf das bestehende zweite Objekt zu drucken.The US 9 776 364 B2 discloses a method for instructing a 3D printing system that includes a 3D printer with a print coordinate system for printing at least one first object onto an existing second object. The method includes providing or receiving at least one image that represents at least a portion of the existing second object, determining or receiving an alignment between at least a portion of the at least one first object and at least a portion of the existing second object, and determining a position of the existing second object relative to the print coordinate system according to the at least one image. The position and orientation for the 3D printer are provided to the 3D printing system in order to print at least a part of the at least one first object in accordance with the position and the orientation on the existing second object.

Die JP 2016 124 287 A (bzw. deren maschinelle Übersetzung) offenbart eine 3D-Druck-Vorrichtung zum Drucken eines zweiten Objekts auf ein erstes Objekt. Die Vorrichtung weist einen Körper, ein 3D-Druckerteil, ein Erfassungsteil, ein Speicherteil, ein Steuerteil, und eine Übertragungsplatte auf. Der Speicherteil speichert eine Anfangskoordinate, die einer anfänglichen Druckposition des 3D-Druckerteils entspricht. Die Übertragungsplatte ist auf einem Boden des Körpers positioniert und weist eine Markierung auf. Das erste Objekt ist konfiguriert, um auf der Übertragungsplatte positioniert werden zu können. Das Erfassungsteil erfasst eine erste Höhe des ersten Objekts zu der Übertragungsplatte. Das Steuerteil druckt das zweite Objekt auf dem ersten Objekt entsprechend der Höhe und Anfangskoordinate durch Ansteuern des 3D-Druckerteils.The JP 2016 124 287 A (or its machine translation) discloses a 3D printing device for printing a second object on a first object. The device has a body, a 3D printer part, a detection part, a storage part, a control part, and a transfer plate. The storage part stores an initial coordinate corresponding to an initial printing position of the 3D printer part. The transfer plate is positioned on a bottom of the body and has a mark. The first object is configured to be able to be positioned on the transfer plate. The detection part detects a first height of the first object to the transfer plate. The control part prints the second object on the first object in accordance with the height and initial coordinate by controlling the 3D printer part.

Die US 2017 / 0 066 198 A1 offenbart ein Verfahren zum Bedrucken eines Basisobjekt, um ein dreidimensionales Produkt zu erzeugen. Es werden eine Darstellung eines dreidimensionalen physikalischen Objekts als ein Basisobjekt und eine Darstellung eines dreidimensionalen physikalischen Objekts als ein Produkt erhalten, das durch Hinzufügen von Materialschichten auf dem Basisobjekt herstellbar ist. Eine Darstellung einer Stützstruktur, die konfiguriert ist, die Basisobjektposition innerhalb einer additiven Fertigungsvorrichtung zu halten, wird bestimmt, und die Stützstruktur wird unter Verwendung eines additiven Fertigungsprozesses hergestellt.The US 2017/0 066 198 A1 discloses a method of printing a base object to create a three-dimensional product. An illustration of a three-dimensional physical object as a base object and an illustration of a three-dimensional physical object as a product are obtained, which can be produced by adding material layers on the base object. A representation of a support structure configured to maintain the base object position within an additive manufacturing device is determined, and the support structure is manufactured using an additive manufacturing process.

Die US 8 294 958 B2 offenbart ein Scanner-System zum Scannen eines Objekts. Das System weist eine Scanner-Vorrichtung, ein vom Objekt unabhängiges Ziel und einen Prozessor auf, wobei die Scanner-Vorrichtung ein Handgerät ist. Die Scanner-Vorrichtung weist einen Emitter zum Projizieren eines Lichtmusters auf das Objekt und einen Sensor zum Erfassen von Bildern des Objekts auf, wobei das Ziel vorbestimmte geometrische Merkmale aufweist, die für den Sensor gleichzeitig mit dem Objekt sichtbar sind, wobei der Prozessor ausgelegt ist, um die Position des Sensors bezüglich des Objekts zu ermitteln, wobei der Prozessor ausgelegt ist, um bei Einsatz beruhend auf den Bildern des Objekts mit dem darauf durch den Emitter projizierten Lichtmuster geometrische Daten zu erzeugen, die ein dreidimensionales Modell des Objekts umfassen. Die Scanner-Vorrichtung weist zudem eine Lichtquelle zum gerichteten Beleuchten des Objekts auf. Der Sensor ist ausgelegt, um photometrische Bilder des durch die Lichtquelle beleuchteten Objekts zu erfassen, wobei der Prozessor ausgelegt ist, um bei Einsatz einen Satz von photometrischen Bildern für das Objekt zu erzeugen, wenn es von der Lichtquelle von unterschiedlichen Richtungen beleuchtet wird. Der Prozessor ist ausgelegt, um bei Einsatz die geometrischen Daten, den Satz von photometrischen Bildern und die Position des Sensors bezüglich des Objekts für jedes photometrische Bild durch einen Berichtigungsprozess zu kombinieren, um ein Modell auszugeben, das geometrische Informationen über das Objekt zusammen mit photometrischen Informationen, die räumlich mit den geometrischen Informationen registriert sind, auszugeben.The US 8,294,958 B2 discloses a scanner system for scanning an object. The system has a scanner device, a target independent of the object and a processor, the scanner device being a hand-held device. The scanner device has an emitter for projecting a light pattern onto the object and a sensor for capturing images of the object, the target having predetermined geometric features which are visible to the sensor simultaneously with the object, the processor being designed, to determine the position of the sensor with respect to the object, the processor being designed, in use, to generate geometric data based on the images of the object with the light pattern projected thereon by the emitter, said data being three-dimensional Include model of the object. The scanner device also has a light source for the directional illumination of the object. The sensor is designed to acquire photometric images of the object illuminated by the light source, and the processor is designed to generate a set of photometric images for the object when it is illuminated from different directions by the light source. The processor is designed, in use, to combine the geometric data, the set of photometric images and the position of the sensor with respect to the object for each photometric image through a correction process to output a model that contains geometric information about the object together with photometric information that are spatially registered with the geometric information.

Die US 2017 / 0 272 726 A1 offenbart eine Verwendung eines oder mehrerer markierter Marker in einem Projektormodul einer 3D-Kamera, um eine automatische Kalibrierung eines Tiefenerkennungsvorgangs der Kamera zu erleichtern.The US 2017/0 272 726 A1 discloses using one or more marked markers in a projector module of a 3D camera to facilitate automatic calibration of a depth detection process of the camera.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Bedrucken eines Fertigbauteils mit einem additiv fertigbaren Objekt zu vereinfachen.The invention has for its object to simplify the printing of a finished component with an additively producible object.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein 3D-Druck-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das wenigstens ein an der Bauoberfläche anordbares Markierungselement, das wenigstens eine mittels des 3D-Scanners oder einer anderweitigen Sensoreinheit des 3D-Druck-Systems erfassbare Identifikationseigenschaft aufweist, wenigstens eine Datenbank, in der ein 3D-Druck-Datenpaket zu dem Objekt der Identifikationseigenschaft zugeordnet hinterlegt ist, und wenigstens eine mit dem 3D-Drucker, dem 3D-Scanner einerseits oder der Sensoreinheit andererseits und der Datenbank verbundene Elektronikeinheit aufweist, die eingerichtet ist, aus der Datenbank das der erfassten Identifikationseigenschaft zugeordnete 3D-Druck-Datenpaket auszuwählen und das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket bei einer Erzeugung eines zur additiven Fertigung des Objekts an dem Fertigbauteil geeigneten Werkzeugpfads eines Druckerwerkzeugs des 3D-Druckers zu berücksichtigen.According to the invention, the object is achieved by a 3D printing system having the features of claim 1, which has at least one marking element which can be arranged on the building surface and which has at least one identification property which can be detected by means of the 3D scanner or another sensor unit of the 3D printing system, at least one database in which a 3D printing data packet is stored assigned to the object of the identification property and has at least one electronic unit connected to the 3D printer, the 3D scanner on the one hand or the sensor unit on the other hand and the database, which is set up to select from the database the 3D printing data packet assigned to the identified identification property and to take the selected 3D printing data packet into account when generating a tool path of a printer tool of the 3D printer suitable for additive manufacturing of the object on the finished component.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be pointed out that the features and measures listed individually in the description below can be combined with one another in any technically meaningful manner and show further refinements of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.

Um mit dem erfindungsgemäßen 3D-Druck-System ein Fertigbauteil, also ein bereits vorhandenes Bauteil zunächst unbekannter Formgebung mit einem additiv fertigbaren Objekt zu bedrucken, kann ein Nutzer des 3D-Druck-Systems zunächst das Markierungselement, beispielsweise zerstörungsfrei lösbar, an dem Fertigbauteil anbringen, und zwar an derjenigen Stelle des Fertigbauteils, an dem später das Objekt additiv gefertigt werden soll. Das Anbringen des Markierungselements an dem Fertigbauteil kann außerhalb des 3D-Druckers oder innerhalb des 3D-Druckers, also an dem in dem 3D-Drucker platzierten Fertigbauteil erfolgen. Das Markierungselement kann je nach Ausgestaltung des Markierungselements und/oder des Fertigbauteils beispielsweise stoffschlüssig mit dem Fertigbauteil verbunden werden oder einfach auf dem Fertigbauteil aufliegen oder magnetisch an dem Fertigbauteil anhaften.In order to use the 3D printing system according to the invention to print a finished component, that is to say an already existing component with an initially unknown shape, with an additively producible object, a user of the 3D printing system can first attach the marking element to the finished component, for example non-destructively, namely at that point of the prefabricated component at which the object is later to be manufactured additively. The marking element can be attached to the finished component outside the 3D printer or inside the 3D printer, that is to say on the finished component placed in the 3D printer. Depending on the design of the marking element and / or the prefabricated component, the marking element can, for example, be integrally connected to the prefabricated component or simply rest on the prefabricated component or magnetically adhere to the prefabricated component.

Anschließend kann das mit dem Markierungselement versehene Fertigbauteil mit dem 3D-Scanner gescannt werden, beispielsweise unter Verwendung von Lasertriangulation, eines 3D-Kamerasystems, insbesondere von Time-of-Flight-Kameras, oder dergleichen. Hierbei wird die Formgebung des Fertigbauteils erfasst und wird hierdurch dem 3D-Druck-System bekannt. Gleichzeitig wird hierbei die Position des Markierungselements relativ zu dem Fertigbauteil erfasst.The finished component provided with the marking element can then be scanned with the 3D scanner, for example using laser triangulation, a 3D camera system, in particular time-of-flight cameras, or the like. The shape of the prefabricated component is recorded and is thereby known to the 3D printing system. At the same time, the position of the marking element relative to the finished component is recorded.

Durch das Scannen des mit dem Markierungselement versehenen Fertigbauteils kann zusätzlich die Identifikationseigenschaft des Markierungselements mittels des 3D-Scanners erfasst werden. Alternativ kann die Identifikationseigenschaft bezüglich des Scanvorgangs vorab, gleichzeitig oder nachfolgend mittels einer anderweitigen Sensoreinheit des 3D-Druck-Systems erfasst werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Identifikationseigenschaft des Markierungselements nicht mit optischen Mitteln erfassbar ist. Beispielsweise kann die Identifikationseigenschaft eine magnetische Eigenschaft des Markierungselements sein, die mit der anderweitigen Sensoreinheit erfassbar ist.By scanning the prefabricated component provided with the marking element, the identification property of the marking element can also be detected by means of the 3D scanner. Alternatively, the identification property with regard to the scanning process can be recorded beforehand, simultaneously or subsequently by means of another sensor unit of the 3D printing system. This can be the case, for example, if the identification property of the marking element cannot be detected by optical means. For example, the identification property can be a magnetic property of the marking element that can be detected with the other sensor unit.

Die Elektronikeinheit ist eingerichtet, ein der Identifikationseigenschaft entsprechendes Identifikationssignal von dem 3D-Scanner bzw. der anderweitigen Sensoreinheit zu empfangen und auf die Datenbank zuzugreifen, um das der jeweilig erfassten Identifikationseigenschaft zugeordnete 3D-Druck-Datenpaket in der Datenbank aufzufinden und dieses zur weiteren erfindungsgemäßen Verwendung auszuwählen. Hierbei können in der Datenbank eine Vielzahl von verschiedenen Zuordnungen hinterlegt sein, die jeweils einer bestimmten Identifikationseigenschaft ein bestimmtes 3D-Druck-Datenpaket eindeutig zuordnen.The electronic unit is set up to receive an identification signal corresponding to the identification property from the 3D scanner or the other sensor unit and to access the database in order to find the 3D print data packet associated with the respectively identified identification property in the database and this for further use according to the invention to select. A large number of different assignments can be stored in the database, each of which uniquely assigns a specific identification property to a specific 3D printing data packet.

Sobald die Elektronikeinheit das der jeweilig erfassten Identifikationseigenschaft zugeordnete 3D-Druck-Datenpaket ausgewählt hat, erzeugt die Elektronikeinheit einen zur additiven Fertigung des jeweiligen Objekts an dem Fertigbauteil geeigneten Werkzeugpfad des Druckerwerkzeugs des 3D-Druckers unter Berücksichtigung des ausgewählten 3D-Druck-Datenpakets. Ein Nutzer des 3D-Druck-Systems muss also nicht selbst Scandaten oder eine Datenpunktwolke mit weiteren Daten überlagern, um eine Datenüberlagerung herzustellen, aus der der Werkzeugpfad erzeugbar ist. Der Nutzer muss also keine CAD-Kenntnisse haben, um das erfindungsgemäße 3D-Druck-System bedienen zu können. Dadurch wird das Bedrucken des Fertigbauteils mit einem additiv fertigbaren Objekt für den Nutzer stark vereinfacht. As soon as the electronics unit has selected the 3D printing data package assigned to the respectively identified identification property, the electronics unit generates a tool path of the printer tool of the 3D printer that is suitable for additive manufacturing of the respective object on the finished component, taking into account the selected 3D printing data package. A user of the 3D printing system therefore does not have to overlay scan data or a data point cloud with further data in order to produce a data overlay from which the tool path can be generated. The user therefore does not have to have CAD knowledge in order to be able to operate the 3D printing system according to the invention. This greatly simplifies the printing of the finished component with an additively producible object for the user.

Das erfindungsgemäße 3D-Druck-System kann auch zwei oder mehrere Markierungselemente aufweisen, die sich insbesondere hinsichtlich der jeweiligen Identifikationseigenschaft voneinander unterscheiden können. Verschiedene Identifikationseigenschaften können beispielsweise durch verschiedene Farbkodierungen der Markierungselemente realisiert sein, die optisch erfassbar sind, insbesondere mittels des 3D-Scanners oder der anderweitigen Sensoreinheit des 3D-Druck-Systems, die hierzu optisch ausgebildet ist und beispielsweise wenigstens eine Kamera aufweist. Alternativ kann eine Identifikationseigenschaft beispielsweise in einem elektromagnetischen Funksignal eines in das Markierungselement integrierten RFID-Transponders enthalten sein, das mit der anderweitigen Sensoreinheit des 3D-Druck-Systems abrufbar bzw. erfassbar ist.The 3D printing system according to the invention can also have two or more marking elements, which can differ from one another in particular with regard to the respective identification property. Different identification properties can be realized, for example, by different color coding of the marking elements that can be optically detected, in particular by means of the 3D scanner or the other sensor unit of the 3D printing system, which is optically designed for this purpose and has, for example, at least one camera. Alternatively, an identification property can be contained, for example, in an electromagnetic radio signal of an RFID transponder integrated in the marking element, which can be called up or recorded with the other sensor unit of the 3D printing system.

Die Bauoberfläche des Fertigbauteils dient zum fortschreitenden Aufbauen des additiv fertigbaren Objekts an dem Fertigbauteil, also als Grundlage für diese additive Fertigung. Die Bauoberfläche kann eben oder uneben ausgebildet sein.The building surface of the prefabricated component serves to progressively build up the additively producible object on the prefabricated component, that is to say as the basis for this additive manufacturing. The building surface can be flat or uneven.

Das additiv fertigbare Objekt kann beispielsweise ein Halteelement oder ein Fixierelement an dem Fertigbauteil ausbilden. An dem Fertigbauteil können auch zwei oder mehrere additiv fertigbare Objekte entsprechend mit dem erfindungsgemäßen 3D-Druck-System ausgebildet werden.The additively producible object can, for example, form a holding element or a fixing element on the prefabricated component. Two or more additively producible objects can also be correspondingly formed on the finished component using the 3D printing system according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Elektronikeinheit eingerichtet, den 3D-Scanner zum Scannen des Fertigbauteils zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement anzusteuern, aus Scandaten des 3D-Scanners eine Datenpunktwolke zu erzeugen, eine Position des Markierungselements relativ zu dem Fertigbauteil zu erfassen und das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket an der Position des Markierungselements mit der Datenpunktwolke oder einem daraus abgeleiteten Datennetz zu kombinieren. Hierdurch kann die Elektronikeinheit das 3D-Druck-Datenpaket des Objekts automatisch an der Position des Markierungselements anordnen, so dass der Nutzer des 3D-Druck-Systems diese Anordnung bzw. eine entsprechende Überlagerung der Datenpunktwolke mit dem 3D-Druck-Datenpaket nicht selbst vornehmen muss, was mit einer Vereinfachung der Bedruckung des Fertigbauteils mit dem Objekt einhergeht.According to an advantageous embodiment, the electronics unit is set up to control the 3D scanner for scanning the finished component together with the marking element arranged thereon, to generate a data point cloud from scan data of the 3D scanner, to detect a position of the marking element relative to the finished component and the selected 3D -Combine print data packet at the position of the marking element with the data point cloud or a data network derived therefrom. As a result, the electronic unit can automatically arrange the 3D printing data packet of the object at the position of the marking element, so that the user of the 3D printing system does not have to carry out this arrangement or a corresponding overlay of the data point cloud with the 3D printing data packet , which is accompanied by a simplification of the printing of the prefabricated component with the object.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der 3D-Scanner baulich in den 3D-Drucker integriert. Hierdurch kann das 3D-Druck-System kompakt ausgebildet werden und der 3D-Scanner ist geschützt innerhalb des 3D-Druckers angeordnet.Another advantageous embodiment provides that the 3D scanner is structurally integrated in the 3D printer. As a result, the 3D printing system can be made compact and the 3D scanner is protected within the 3D printer.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der 3D-Drucker wenigstens eine Einrichtung zum Verhindern einer Kollision während der additiven Fertigung des Objekts zwischen dem Druckerwerkzeug einerseits und dem Objekt und dem Fertigbauteil andererseits auf. Hierdurch kann ein ordnungsgemäßer Ablauf des jeweiligen Bedruckungsvorgangs sichergestellt werden. Zudem können Schäden an dem Druckerwerkzeug und/oder dem Fertigbauteil und/oder dem Objekt zuverlässig verhindert werden. Die Einrichtung kann beispielsweise einen Höhensensor und/oder ein laser- bzw. kamerabasiertes System aufweisen, mit dem die Position des Druckerwerkzeugs relativ zu dem Fertigbauteil und dem Objekt erfassbar bzw. überwachbar ist.According to a further advantageous embodiment, the 3D printer has at least one device for preventing a collision during the additive manufacturing of the object between the printer tool on the one hand and the object and the finished component on the other. This ensures that the printing process runs properly. In addition, damage to the printer tool and / or the finished component and / or the object can be reliably prevented. The device can, for example, have a height sensor and / or a laser or camera-based system with which the position of the printer tool relative to the finished component and the object can be detected or monitored.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Identifikationseigenschaft eine, eine äußere Gestalt des Markierungselements betreffende körperliche Eigenschaft, eine elektromagnetische Eigenschaft und/oder eine magnetische Eigenschaft des Markierungselements. Eine die äußere Gestalt des Markierungselements betreffende körperliche Eigenschaft ist eine Eigenschaft der Formgebung des Markierungselements. Eine elektromagnetische Eigenschaft des Markierungselements kann beispielsweise durch ein elektromagnetisches Funksignal eines in das Markierungselements integrierten RFID-Transponders realisiert sein. Eine magnetische Eigenschaft des Markierungselements kann beispielsweise durch Integration eines Permanentmagneten in das Markierungselement realisiert sein.According to a further advantageous embodiment, the identification property is a physical property relating to an external shape of the marking element, an electromagnetic property and / or a magnetic property of the marking element. A physical property relating to the external shape of the marking element is a property of the shape of the marking element. An electromagnetic property of the marking element can be realized, for example, by an electromagnetic radio signal from an RFID transponder integrated in the marking element. A magnetic property of the marking element can be realized, for example, by integrating a permanent magnet into the marking element.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das 3D-Druck-System wenigstens eine mit der Elektronikeinheit verbundene Anzeigeeinheit und wenigstens eine Kamera zum Erfassen des Fertigbauteils zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement aufweist, wobei die Elektronikeinheit eingerichtet ist, die Anzeigeeinheit derart anzusteuern, dass die Anzeigeeinheit das von der Kamera aufgenommene Bild mit dem virtuell an dem Fertigbauteil angeordneten Objekt anzeigt. Hierdurch kann mit der Anzeigeeinheit eine computerunterstützte Erweiterung der Realität angezeigt werden, um dem Nutzer vorab anzuzeigen, wie das durch das Bedrucken des Fertigbauteils mit dem jeweiligen Objekt herstellbare Produkt aussehen wird. Dies ermöglicht eine optische Kontrolle durch den Nutzer, bevor das Bedrucken des Fertigbauteils durchgeführt wird. Die Anzeigeeinheit kann beispielsweise ein Monitor, ein Smartphone, ein Tablet-Computer oder einer Videobrille sein.A further advantageous embodiment provides that the 3D printing system has at least one display unit connected to the electronics unit and at least one camera for capturing the finished component together with the marking element arranged thereon, the electronics unit being set up to control the display unit in such a way that the Display unit displays the image recorded by the camera with the object virtually arranged on the prefabricated component. This allows a computer-assisted expansion of reality are displayed in order to show the user in advance what the product that can be produced by printing on the finished component with the respective object will look like. This enables a visual check by the user before the finished component is printed on. The display unit can be, for example, a monitor, a smartphone, a tablet computer or video glasses.

Die obige Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst, welches zumindest die folgenden Schritte aufweist: Einbringen eines Fertigbauteils in einen 3D-Drucker; Anordnen von wenigstens einem Markierungselement, das wenigstens eine erfassbare Identifikationsinformation aufweist, an der Bauoberfläche; Scannen des Fertigbauteils zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement; Erzeugen einer Datenpunktwolke aus beim Scannen erzeugten Scandaten; Ermitteln einer Position des Markierungselements relativ zu dem Fertigbauteil; Erfassen der Identifikationsinformation des Markierungselements; Auswählen eines der erfassten Identifikationseigenschaft zugeordneten 3D-Druck-Datenpakets aus einer Datenbank; und Berücksichtigen des ausgewählten 3D-Druck-Datenpakets bei einer Erzeugung eines zur additiven Fertigung des Objekts an dem Fertigbauteil geeigneten Werkzeugpfads eines Druckerwerkzeugs des 3D-Druckers.The above object is further achieved by a method having the features of claim 7, which has at least the following steps: introducing a prefabricated component into a 3D printer; Arranging at least one marking element, which has at least one identifiable identification information, on the building surface; Scanning the finished component together with the marking element arranged thereon; Generating a data point cloud from scan data generated during scanning; Determining a position of the marking element relative to the finished component; Detecting the identification information of the marking element; Selecting a 3D printing data packet associated with the detected identification property from a database; and taking into account the selected 3D printing data packet when generating a tool path of a printer tool of the 3D printer that is suitable for additive manufacturing of the object on the finished component.

Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das 3D-Druck-System genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das 3D-Druck-System gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden.The advantages associated with the 3D printing system are correspondingly associated with the method. In particular, the 3D printing system can be used in accordance with one of the above-mentioned configurations or a combination of at least two of these configurations to carry out the method.

Das Fertigbauteil kann nach seinem Einbringen in den 3D-Drucker dort fixiert werden. Das Markierungselement kann vor oder nach dem Einbringen des Fertigbauteils in den 3D-Drucker an dem Fertigbauteil angebracht werden. Es können auch zwei oder mehrere, insbesondere hinsichtlich ihrer jeweiligen Identifikationseigenschaft verschiedene, Markierungselemente an dem Fertigbauteil angebracht werden. Die Position des Markierungselements relativ zu dem Fertigbauteil kann aus den Scandaten ermittelt werden. Die Identifikationseigenschaft des Markierungselements kann aus den Scandaten oder aus mit einer anderweitigen Sensoreinheit erfassten Daten ermittelt werden. Sobald der Werkzeugpfad des Druckerwerkzeugs erzeugt worden ist, kann das Bedrucken des Fertigbauteils mit dem Objekt durchgeführt werden.The finished component can be fixed there after it has been introduced into the 3D printer. The marking element can be attached to the finished component before or after the introduction of the finished component into the 3D printer. It is also possible to attach two or more marking elements, in particular with regard to their respective identification properties, to the finished component. The position of the marking element relative to the finished component can be determined from the scan data. The identification property of the marking element can be determined from the scan data or from data acquired with another sensor unit. As soon as the tool path of the printer tool has been created, the printing of the finished component with the object can be carried out.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket an der Position des Markierungselements mit der Datenpunktwolke oder einem daraus abgeleiteten Datennetz kombiniert. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des 3D-Druck-Systems genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Kombination des ausgewählten 3D-Druck-Datenpakets mit der Datenpunktwolke kann durch eine Überlagerung der Datenpunktwolke mit dem ausgewählten 3D-Druck-Datenpaket erfolgen.According to an advantageous embodiment, the selected 3D printing data packet is combined with the data point cloud or a data network derived therefrom at the position of the marking element. The advantages mentioned above with reference to the corresponding configuration of the 3D printing system are correspondingly connected to this configuration. The combination of the selected 3D printing data packet with the data point cloud can be achieved by overlaying the data point cloud with the selected 3D printing data packet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass während der additiven Fertigung des Objekts eine Kollision zwischen dem Druckerwerkzeug einerseits und dem Objekt und dem Fertigbauteil andererseits mittels einer optischen Überwachung verhindert wird. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des 3D-Druck-Systems genannten Vorteile entsprechend verbunden.A further advantageous embodiment provides that a collision between the printer tool on the one hand and the object and the finished component on the other hand is prevented by means of optical monitoring during the additive manufacturing of the object. The advantages mentioned above with reference to the corresponding configuration of the 3D printing system are correspondingly connected to this configuration.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das in dem 3D-Drucker angeordnete Fertigbauteil zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement mittels wenigstens einer Kamera erfasst und das Fertigbauteil zusammen mit dem virtuell daran angeordneten Objekt mittels einer Anzeigeeinheit angezeigt. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des 3D-Druck-Systems genannten Vorteile entsprechend verbunden.According to a further advantageous embodiment, the finished component arranged in the 3D printer is recorded together with the marking element arranged thereon by means of at least one camera and the finished component together with the object virtually arranged thereon is displayed by means of a display unit. The advantages mentioned above with reference to the corresponding configuration of the 3D printing system are correspondingly connected to this configuration.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verbleibt das Markierungselement an dem Fertigbauteil oder es wird vor der additiven Fertigung des Objekts von dem Fertigbauteil entfernt. Bei der ersten Alternative wird das Markierungselement in das herzustellende Produkt integriert. Bei der zweiten Alternative wird das Markierungselement nicht in das herzustellende Produkt integriert und kann so beispielsweise wiederverwendet werden.According to a further advantageous embodiment, the marking element remains on the finished component or it is removed from the finished component before the additive manufacturing of the object. In the first alternative, the marking element is integrated into the product to be manufactured. In the second alternative, the marking element is not integrated into the product to be manufactured and can thus be reused, for example.

Geeignete und nur beispielhaft erwähnte Anwendungen sind die Ausgestaltung von Fahrzeughalterungen/befestigungen für die Fertigung oder Prototypenentwicklung.Suitable and only examples mentioned are the design of vehicle brackets / fasteners for manufacturing or prototype development.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen

  • 1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Fertigbauteil mit zwei daran angeordneten Markierungselementen,
  • 2 eine schematische und perspektivische Darstellung eines aus einer Datenpunktwolke erzeugten Datennetzes des in 1 gezeigten Fertigbauteils mit daran angeordneten Markierungselementen,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Magnetfeldscans des in 1 gezeigten Fertigbauteils mit daran angeordneten Markierungselementen,
  • 4 schematische und perspektivische Darstellungen von Ausführungsbeispielen für an dem Fertigbauteil ausbildbare Objekte,
  • 5 eine schematische und perspektivische Darstellung eines mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkts,
  • 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes 3D-Druck-System und
  • 7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
Further advantageous embodiments of the invention are disclosed in the subclaims and the following description of the figures. Show it
  • 1 2 shows a schematic and perspective illustration of an exemplary embodiment of a prefabricated component with two marking elements arranged thereon,
  • 2nd is a schematic and perspective view of a data network generated from a data point cloud in 1 shown prefabricated component with marking elements arranged thereon,
  • 3rd a schematic representation of a magnetic field scan of the in 1 shown prefabricated component with marking elements arranged thereon,
  • 4th schematic and perspective representations of exemplary embodiments for objects that can be formed on the finished component,
  • 5 2 shows a schematic and perspective illustration of a product produced using a method according to the invention,
  • 6 a schematic representation of an embodiment of a 3D printing system according to the invention and
  • 7 a flowchart of an embodiment for a method according to the invention.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numerals, which is why they are usually only described once.

1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Fertigbauteil 1 mit zwei an einer Bauoberfläche 11 des Fertigbauteils 1 angeordneten Markierungselementen 2 und 3. Die Markierungselemente 2 und 3 sind kreiszylinderförmig ausgebildet und an denjenigen Stellen des Fertigbauteils 1 angeordnet, an denen später die in 5 gezeigten Objekte additiv gefertigt werden sollen. Das Fertigbauteil 1 ist zumindest teilweise ferromagnetisch ausgebildet. Jedes Markierungselement 2 bzw. 3 weist einen nicht gezeigten Permanentmagneten auf, dessen Magnetfeld eine erfassbare Identifikationseigenschaft des Markierungselements 2 bzw. 3 bildet. Die Markierungselemente 2 bzw. 3 weisen in 1 nur beispielhaft die Ziffern 1 und 2 auf. 1 shows a schematic and perspective view of an embodiment of a prefabricated component 1 with two on a building surface 11 of the prefabricated component 1 arranged marking elements 2nd and 3rd . The marking elements 2nd and 3rd are circular cylindrical and in those places of the prefabricated component 1 arranged on which later the in 5 objects shown are to be manufactured additively. The prefabricated component 1 is at least partially ferromagnetic. Every marker element 2nd respectively. 3rd has a permanent magnet, not shown, whose magnetic field has a detectable identification property of the marking element 2nd respectively. 3rd forms. The marking elements 2nd respectively. 3rd point in 1 the numbers only as an example 1 and 2nd on.

2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines aus einer Datenpunktwolke erzeugten Datennetzes 4 des in 1 gezeigten Fertigbauteils mit daran angeordneten Markierungselementen. Das Datennetz 4 enthält die Positionen der Markierungselemente relativ zu dem Fertigbauteil. Das Datennetz ist aus einer Datenpunktwolke erzeugt worden, die aus Scandaten eines nicht gezeigten 3D-Scanners abgeleitet worden ist, mit dem das in 1 gezeigte Fertigbauteil mit den daran angeordneten Markierungselementen gescannt worden ist. 2nd shows a schematic and perspective representation of a data network generated from a data point cloud 4th of in 1 shown prefabricated component with marking elements arranged thereon. The data network 4th contains the positions of the marking elements relative to the finished component. The data network has been generated from a data point cloud which has been derived from scan data of a 3D scanner, not shown, with which the in 1 shown prefabricated component has been scanned with the marking elements arranged thereon.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Magnetfeldscans 5 des in 1 gezeigten Fertigbauteils mit daran angeordneten Markierungselementen. Die Markierungselemente sind durch Kreuze 6 und 7 angedeutet, die entsprechend ihrer jeweiligen Identifikationseigenschaft unterschiedlich eingefärbt sein können. In den Figuren sind die unterschiedlichen Farben mittels unterschiedlicher Schraffierung dargestellt. 3rd shows a schematic representation of a magnetic field scan 5 of in 1 shown prefabricated component with marking elements arranged thereon. The marking elements are by crosses 6 and 7 indicated, which can be colored differently according to their respective identification properties. The different colors are shown in the figures by means of different hatching.

4 zeigt schematische und perspektivische Darstellungen von Ausführungsbeispielen für an dem Fertigbauteil ausbildbare Objekte 8 und 9. Das Objekt 8 ist dem in 3 gezeigten Kreuz 6 zugeordnet, was bedeutet, dass ein dem Objekt 8 entsprechendes 3D-Druck-Datenpaket in einer nicht gezeigten Datenbank der durch die Einfärbung des Kreuzes 6 angedeuteten Identifikationseigenschaft eines in 1 gezeigten Markierungselements zugeordnet ist. Das Markierungselement 8 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Das Objekt 9 ist dem in 3 gezeigten Kreuz 7 zugeordnet, was bedeutet, dass ein dem Objekt 9 entsprechendes 3D-Druck-Datenpaket in der nicht gezeigten Datenbank der durch die Einfärbung des Kreuzes 7 angedeuteten Identifikationseigenschaft eines in 1 gezeigten Markierungselements zugeordnet ist. Das Markierungselement 9 ist im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet. 4th shows schematic and perspective representations of exemplary embodiments for objects that can be formed on the finished component 8th and 9 . The object 8th is that in 3rd shown cross 6 assigned, which means that the object 8th Corresponding 3D printing data package in a database, not shown, by coloring the cross 6 indicated identification property of an in 1 shown marking element is assigned. The marker element 8th is essentially cuboid. The object 9 is that in 3rd shown cross 7 assigned, which means that the object 9 Corresponding 3D printing data package in the database, not shown, by coloring the cross 7 indicated identification property of an in 1 shown marking element is assigned. The marker element 9 is essentially circular cylindrical.

5 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkts 10. An dem Fertigbauteil 1 sind die beiden Objekte 8 und 9 additiv gefertigt worden. 5 shows a schematic and perspective view of a product produced by a method according to the invention 10th . On the prefabricated part 1 are the two objects 8th and 9 has been manufactured additively.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes 3D-Druck-System 11 zum Bedrucken einer nicht gezeigten Bauoberfläche eines nicht gezeigten Fertigbauteils mit wenigstens einem nicht gezeigten, additiv fertigbaren Objekt. Das Fertigbauteil und das Objekt kann entsprechend der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform ausgebildet sein. 6 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a 3D printing system 11 according to the invention for printing a construction surface, not shown, of a prefabricated component, not shown, with at least one additively producible object, not shown. The finished component and the object can be according to the 1 to 5 shown embodiment may be formed.

Das 3D-Druck-System 12 weist einen 3D-Drucker 13 und einen baulich in den 3D-Drucker 13 integriert 3D-Scanner 14 auf.The 3D printing system 12th instructs a 3D printer 13 and a structurally in the 3D printer 13 integrates 3D scanner 14 on.

Des Weiteren weist das 3D-Druck-System 12 wenigstens ein an der Bauoberfläche anordbares Markierungselement 15 auf, das wenigstens eine mittels des 3D-Scanners 14 oder einer nicht gezeigten anderweitigen Sensoreinheit des 3D-Druck-Systems 12 erfassbare Identifikationseigenschaft aufweist. Die Identifikationseigenschaft kann eine, eine äußere Gestalt des Markierungselements 15 betreffende körperliche Eigenschaft, eine elektromagnetische Eigenschaft und/oder eine magnetische Eigenschaft des Markierungselements 15 sein.Furthermore, the 3D printing system 12th at least one marking element that can be arranged on the building surface 15 on the at least one using the 3D scanner 14 or a different sensor unit of the 3D printing system, not shown 12th has detectable identification property. The identification property can be an external shape of the marking element 15 physical property in question, an electromagnetic property and / or a magnetic property of the marking element 15 be.

Zudem weist das 3D-Druck-System 12 eine Datenbank 16 auf, in der ein 3D-Druck-Datenpaket zu dem Objekt der Identifikationseigenschaft zugeordnet hinterlegt ist. In der Datenbank 16 können mehrere entsprechende Zuordnungen hinterlegt sein, die jeweils eine bestimmte Identifikationseigenschaft einem bestimmten 3D-Druck-Datenpaket zuordnen.In addition, the 3D printing system 12th a database 16 in which a 3D printing data packet is stored assigned to the object of the identification property. In the database 16 several corresponding assignments can be stored assign a specific identification property to a specific 3D printing data packet.

Das 3D-Druck-System 12 weist eine mit dem 3D-Drucker 13, dem 3D-Scanner 14 einerseits oder der anderweitigen Sensoreinheit andererseits und der Datenbank 16 verbundene Elektronikeinheit 17 auf. Die Elektronikeinheit 17 ist eingerichtet, aus der Datenbank 16 das der erfassten Identifikationseigenschaft zugeordnete 3D-Druck-Datenpaket auszuwählen und das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket bei einer Erzeugung eines zur additiven Fertigung des Objekts an dem Fertigbauteil geeigneten Werkzeugpfads eines Druckerwerkzeugs 18 des 3D-Druckers 13 zu berücksichtigen.The 3D printing system 12th assigns one with the 3D printer 13 , the 3D scanner 14 on the one hand or the other sensor unit on the other hand and the database 16 connected electronics unit 17th on. The electronics unit 17th is set up from the database 16 to select the 3D printing data packet associated with the identified identification property and the selected 3D printing data packet when generating a tool path of a printer tool suitable for additive manufacturing of the object on the finished component 18th of the 3D printer 13 to consider.

Des Weiteren ist die Elektronikeinheit 17 eingerichtet, den 3D-Scanner 14 zum Scannen des Fertigbauteils zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement anzusteuern, aus Scandaten des 3D-Scanners 14 eine Datenpunktwolke zu erzeugen, eine Position des Markierungselements relativ zu dem Fertigbauteil zu erfassen und das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket an der Position des Markierungselements mit der Datenpunktwolke zu kombinieren. Die Elektronikeinheit 17 kann zudem eingerichtet sein, aus der Datenpunktwolke eine Datennetz zu erzeugen.Furthermore, the electronics unit 17th set up the 3D scanner 14 to scan the finished component together with the marking element arranged thereon, from scan data of the 3D scanner 14 generate a data point cloud, detect a position of the marking element relative to the finished component and combine the selected 3D printing data packet at the position of the marking element with the data point cloud. The electronics unit 17th can also be set up to generate a data network from the data point cloud.

Der 3D-Drucker 13 kann wenigstens eine nicht gezeigte Einrichtung zum Verhindern einer Kollision während der additiven Fertigung des Objekts zwischen dem Druckerwerkzeug 18 einerseits und dem Objekt und dem Fertigbauteil andererseits aufweisen.The 3D printer 13 can at least one device, not shown, for preventing a collision during the additive manufacturing of the object between the printer tool 18th on the one hand and the object and the finished component on the other.

Ferner weist das 3D-Druck-System 12 eine mit der Elektronikeinheit 17 verbundene Anzeigeeinheit 19 und eine Kamera 20 zum Erfassen des Fertigbauteils zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement auf, wobei die Elektronikeinheit 17 eingerichtet ist, die Anzeigeeinheit 19 derart anzusteuern, dass die Anzeigeeinheit 19 das von der Kamera 20 aufgenommene Bild mit dem virtuell an dem Fertigbauteil angeordneten Objekt anzeigt.Furthermore, the 3D printing system 12th one with the electronics unit 17th connected display unit 19th and a camera 20th to capture the finished component together with the marking element arranged thereon, the electronics unit 17th is set up, the display unit 19th to be controlled such that the display unit 19th that from the camera 20th displays the recorded image with the object virtually arranged on the prefabricated component.

7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemä-ßes Verfahren 100 zum Bedrucken einer nicht gezeigten Bauoberfläche eines nicht gezeigten Fertigbauteils mit wenigstens einem nicht gezeigten, additiv fertigbaren Objekt. 7 shows a flow chart of an embodiment for a method according to the invention 100 for printing a construction surface, not shown, of a prefabricated component, not shown, with at least one additively producible object, not shown.

In Schritt 101 wird das Fertigbauteil in einen nicht gezeigten 3D-Drucker eingebracht. In Schritt 101 kann das Fertigbauteil zusätzlich in dem 3D-Drucker fixiert werden. Zudem kann in Schritt 101 wenigstens ein nicht gezeigtes Markierungselement, das wenigstens eine erfassbare Identifikationsinformation aufweist, an der Bauoberfläche angebracht werden, wobei das Anbringen des Markierungselements an dem Fertigbauteil vor oder nach dem Einbringen des Fertigbauteils in den 3D-Drucker erfolgen.In step 101 the finished component is brought into a 3D printer, not shown. In step 101 the finished component can also be fixed in the 3D printer. In addition, in step 101 at least one marking element, not shown, which has at least one identifiable identification information, is attached to the building surface, the marking element being attached to the prefabricated component before or after the prefabricated component has been introduced into the 3D printer.

In Schritt 102 wird das Fertigbauteil zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement gescannt. In Schritt 102 wird zudem eine Identifikationsinformation des Markierungselements erfasst.In step 102 the finished component is scanned together with the marking element arranged thereon. In step 102 identification information of the marking element is also recorded.

In Schritt 103 wird eine Datenpunktwolke aus beim Scannen erzeugten Scandaten erzeugt. Des Weiteren kann in Schritt 103 aus der Datenpunktwolke ein Datennetz erzeugt werden. Zudem wird in Schritt 103 eine Position des Markierungselements relativ zu dem Fertigbauteil ermittelt.In step 103 a data point cloud is generated from scan data generated during scanning. Furthermore, in step 103 a data network is generated from the data point cloud. In addition, in step 103 a position of the marking element is determined relative to the finished component.

In Schritt 104 wird ein der erfassten Identifikationseigenschaft zugeordnetes 3D-Druck-Datenpaket aus einer Datenbank ausgewählt. Das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket wird in Schritt 104 an der Position des Markierungselements mit der Datenpunktwolke kombiniert. In Schritt 104 kann das in dem 3D-Drucker angeordnete Fertigbauteil zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement mittels wenigstens einer nicht gezeigten Kamera erfasst werden und es kann das Fertigbauteil zusammen mit dem virtuell daran angeordneten Objekt mittels einer Anzeigeeinheit angezeigt werden.In step 104 a 3D printing data packet assigned to the detected identification property is selected from a database. The selected 3D printing data package is in step 104 combined with the data point cloud at the position of the marking element. In step 104 the finished component arranged in the 3D printer can be captured together with the marking element arranged thereon by means of at least one camera (not shown) and the finished component together with the object virtually arranged thereon can be displayed by means of a display unit.

In Schritt 105 wird das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket bei einer Erzeugung eines zur additiven Fertigung des Objekts an dem Fertigbauteil geeigneten Werkzeugpfads eines nicht gezeigten Druckerwerkzeugs des 3D-Druckers berücksichtigt.In step 105 the selected 3D printing data packet is taken into account when generating a tool path, suitable for additive manufacturing of the object on the finished component, of a printer tool of the 3D printer, not shown.

In Schritt 106 wird das Objekt additiv an dem Fertigbauteil gefertigt. Während der additiven Fertigung des Objekts wird eine Kollision zwischen dem Druckerwerkzeug einerseits und dem Objekt und dem Fertigbauteil andererseits mittels einer optischen Überwachung verhindert. Das Markierungselement kann bei der additiven Fertigung des Objekts an dem Fertigbauteil verbleiben oder vor der additiven Fertigung des Objekts von dem Fertigbauteil entfernt werden.In step 106 the object is manufactured additively on the finished component. During the additive manufacturing of the object, a collision between the printer tool on the one hand and the object and the finished component on the other hand is prevented by means of optical monitoring. The marking element can remain on the finished component during the additive manufacturing of the object or can be removed from the finished component before the additive manufacturing of the object.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
FertigbauteilPrefabricated component
22nd
MarkierungselementMarker element
33rd
MarkierungselementMarker element
44th
DatennetzData network
55
MagnetfeldscanMagnetic field scan
66
Kreuzcross
77
Kreuzcross
8 8th
Objektobject
99
Objektobject
1010th
Produktproduct
1111
BauoberflächeBuilding surface
1212
Systemsystem
1313
3D-Drucker3D printer
1414
3D-Scanner3D scanner
1515
MarkierungselementMarker element
1616
DatenbankDatabase
1717th
ElektronikeinheitElectronics unit
1818th
DruckerwerkzeugPrinter tool
1919th
AnzeigeeinheitDisplay unit
2020th
Kameracamera
100100
Verfahrenmethod
101101
VerfahrensschrittProcedural step
102102
VerfahrensschrittProcedural step
103103
VerfahrensschrittProcedural step
104104
VerfahrensschrittProcedural step
105105
VerfahrensschrittProcedural step
106106
VerfahrensschrittProcedural step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 9776364 B2 [0005]US 9776364 B2 [0005]
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Claims (11)

3D-Druck-System (12) zum Bedrucken einer Bauoberfläche (11) eines Fertigbauteils (1) mit wenigstens einem additiv fertigbaren Objekt (8, 9), aufweisend wenigstens einen 3D-Drucker (13) und wenigstens einen 3D-Scanner (14), gekennzeichnet durch - wenigstens ein an der Bauoberfläche (11) anordbares Markierungselement (6, 7, 15), das wenigstens eine mittels des 3D-Scanners (14) oder einer anderweitigen Sensoreinheit des 3D-Druck-Systems (12) erfassbare Identifikationseigenschaft aufweist, - wenigstens eine Datenbank (16), in der ein 3D-Druck-Datenpaket zu dem Objekt (8, 9) der Identifikationseigenschaft zugeordnet hinterlegt ist, und - wenigstens eine mit dem 3D-Drucker (13), dem 3D-Scanner (14) einerseits oder der Sensoreinheit andererseits und der Datenbank (16) verbundene Elektronikeinheit (17), die eingerichtet ist, aus der Datenbank (16) das der erfassten Identifikationseigenschaft zugeordnete 3D-Druck-Datenpaket auszuwählen und das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket bei einer Erzeugung eines zur additiven Fertigung des Objekts (8, 9) an dem Fertigbauteil (1) geeigneten Werkzeugpfads eines Druckerwerkzeugs (18) des 3D-Druckers (13) zu berücksichtigen.3D printing system (12) for printing a construction surface (11) of a prefabricated component (1) with at least one additively producible object (8, 9), comprising at least one 3D printer (13) and at least one 3D scanner (14) , characterized by - at least one marking element (6, 7, 15) which can be arranged on the construction surface (11) and which has at least one identification property which can be detected by means of the 3D scanner (14) or another sensor unit of the 3D printing system (12), - at least one database (16), in which a 3D printing data packet for the object (8, 9) associated with the identification property is stored, and - at least one with the 3D printer (13), the 3D scanner (14) on the one hand or the sensor unit on the other hand and the electronic unit (17) connected to the database (16), which is set up to select from the database (16) the 3D printing data packet associated with the identified identification property and the selected 3D printing data packet when generating a tool path of a printer tool (18) of the 3D printer (13) suitable for additive manufacturing of the object (8, 9) on the finished component (1). 3D-Druck-System (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (17) eingerichtet ist, den 3D-Scanner (14) zum Scannen des Fertigbauteils (1) zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement (6, 7, 15) anzusteuern, aus Scandaten des 3D-Scanners (14) eine Datenpunktwolke zu erzeugen, eine Position des Markierungselements (6, 7, 15) relativ zu dem Fertigbauteil (1) zu erfassen und das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket an der Position des Markierungselements (6, 7, 15) mit der Datenpunktwolke oder einem daraus abgeleiteten Datennetz zu kombinieren.3D printing system (12) Claim 1 , characterized in that the electronic unit (17) is set up to control the 3D scanner (14) for scanning the finished component (1) together with the marking element (6, 7, 15) arranged thereon, from scan data of the 3D scanner (14 ) to generate a data point cloud, to detect a position of the marking element (6, 7, 15) relative to the finished component (1) and to select the selected 3D printing data packet at the position of the marking element (6, 7, 15) with the data point cloud or to combine a derived data network. 3D-Druck-System (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Scanner (14) baulich in den 3D-Drucker (13) integriert ist.3D printing system (12) Claim 1 or 2nd , characterized in that the 3D scanner (14) is structurally integrated in the 3D printer (13). 3D-Druck-System (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Drucker (13) wenigstens eine Einrichtung zum Verhindern einer Kollision während der additiven Fertigung des Objekts (8, 9) zwischen dem Druckerwerkzeug (18) einerseits und dem Objekt (8, 9) und dem Fertigbauteil (1) andererseits aufweist.3D printing system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the 3D printer (13) has at least one device for preventing a collision during the additive manufacturing of the object (8, 9) between the printer tool (18) on the one hand and the object (8, 9) and the finished component (1) on the other. 3D-Druck-System (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationseigenschaft eine eine äußere Gestalt des Markierungselements (6, 7, 15) betreffende körperliche Eigenschaft, eine elektromagnetische Eigenschaft und/oder eine magnetische Eigenschaft des Markierungselements (6, 7, 15) ist.3D printing system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the identification property is a physical property relating to an external shape of the marking element (6, 7, 15), an electromagnetic property and / or a magnetic property of the marking element (6 , 7, 15). 3D-Druck-System (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit der Elektronikeinheit (17) verbundene Anzeigeeinheit (19) und wenigstens eine Kamera (20) zum Erfassen des Fertigbauteils (1) zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement (6, 7, 15), wobei die Elektronikeinheit (17) eingerichtet ist, die Anzeigeeinheit (19) derart anzusteuern, dass die Anzeigeeinheit (19) das von der Kamera (20) aufgenommene Bild mit dem virtuell an dem Fertigbauteil (1) angeordneten Objekt (8, 9) anzeigt.3D printing system (12) according to one of the preceding claims, characterized by at least one display unit (19) connected to the electronics unit (17) and at least one camera (20) for detecting the prefabricated component (1) together with the marking element arranged thereon ( 6, 7, 15), the electronics unit (17) being set up to control the display unit (19) in such a way that the display unit (19) contains the image recorded by the camera (20) with the object virtually arranged on the finished component (1) (8, 9) displays. Verfahren zum Bedrucken einer Bauoberfläche (11) eines Fertigbauteils (1) mit wenigstens einem additiv fertigbaren Objekt (8, 9), insbesondere mit einem 3D-Druck-System (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest die Schritte: - Einbringen eines Fertigbauteils (1) in einen 3D-Drucker (13); - Anordnen von wenigstens einem Markierungselement (6, 7, 15), das wenigstens eine erfassbare Identifikationsinformation aufweist, an der Bauoberfläche (11); - Scannen des Fertigbauteils (1) zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement (6, 7, 15); - Erzeugen einer Datenpunktwolke aus beim Scannen erzeugten Scandaten; - Ermitteln einer Position des Markierungselements (6, 7, 15) relativ zu dem Fertigbauteil (1); - Erfassen der Identifikationsinformation des Markierungselements (6, 7, 15); - Auswählen eines der erfassten Identifikationseigenschaft zugeordneten 3D-Druck-Datenpakets aus einer Datenbank (16); und - Berücksichtigen des ausgewählten 3D-Druck-Datenpakets bei einer Erzeugung eines zur additiven Fertigung des Objekts (8, 9) an dem Fertigbauteil (1) geeigneten Werkzeugpfads eines Druckerwerkzeugs (18) des 3D-Druckers (13).Method for printing a construction surface (11) of a prefabricated component (1) with at least one additively producible object (8, 9), in particular with a 3D printing system (12) according to one of the preceding claims, characterized by at least the steps: - introduction a prefabricated component (1) in a 3D printer (13); - arranging at least one marking element (6, 7, 15), which has at least one identifiable identification information, on the building surface (11); - Scanning the finished component (1) together with the marking element (6, 7, 15) arranged thereon; Generating a data point cloud from scan data generated during the scanning; - determining a position of the marking element (6, 7, 15) relative to the prefabricated component (1); - detecting the identification information of the marking element (6, 7, 15); - Selecting a 3D printing data packet associated with the detected identification property from a database (16); and - taking into account the selected 3D printing data packet when generating a tool path of a printer tool (18) of the 3D printer (13) suitable for additive manufacturing of the object (8, 9) on the finished component (1). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte 3D-Druck-Datenpaket an der Position des Markierungselements (6, 7, 13) mit der Datenpunktwolke oder einem daraus abgeleiteten Datennetz kombiniert wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the selected 3D printing data packet is combined at the position of the marking element (6, 7, 13) with the data point cloud or a data network derived therefrom. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass während der additiven Fertigung des Objekts (8, 9) eine Kollision zwischen dem Druckerwerkzeug (18) einerseits und dem Objekt (8, 9) und dem Fertigbauteil (1) andererseits mittels einer optischen Überwachung verhindert wird.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that during the additive manufacturing of the object (8, 9) a collision between the printer tool (18) on the one hand and the object (8, 9) and the finished component (1) on the other hand is prevented by means of optical monitoring. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem 3D-Drucker (13) angeordnete Fertigbauteil (1) zusammen mit dem daran angeordneten Markierungselement (6, 7, 15) mittels wenigstens einer Kamera (20) erfasst wird und das Fertigbauteil (1) zusammen mit dem virtuell daran angeordneten Objekt (8, 9) mittels einer Anzeigeeinheit (19) angezeigt wird.Procedure according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that the finished component (1) arranged in the 3D printer (13) is recorded together with the marking element (6, 7, 15) arranged thereon by means of at least one camera (20) and the finished component (1) together with the object (8, 9) arranged virtually thereon is displayed by means of a display unit (19). Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Markierungselement (6, 7, 15) an dem Fertigbauteil (1) verbleibt oder vor der additiven Fertigung des Objekts (8, 9) von dem Fertigbauteil (1) entfernt wird.Procedure according to one of the Claims 7 to 10th , characterized in that the marking element (6, 7, 15) remains on the finished component (1) or is removed from the finished component (1) before the additive manufacturing of the object (8, 9).
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